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1、第二章第二章酶酶 ( (EnzymeEnzyme) ) 第二章酶 (Enzyme) 1.酶的概念 酶是一类由活性细胞产生的具有催化作用和高度专一性的特殊蛋白质。简单说，酶是一类由活性细胞产生的生物催化剂。一、酶的概念一、酶的概念1.酶的概念一、酶的概念2.酶催化作用的特点(1) 酶和一般催化剂的共性：n加快反应速度；n不改变平衡常数；n自身不参与反应。(2) 酶催化作用特性：n条件温和：常温、常压、pH=7；n高效率：反应速度与不加催化剂相比可提高108 1020，与加普通催化剂相比可提高1071013；n专一性：即酶只能对特定的一种或一类底物起作用，这种专一性是由酶蛋白的立体结构所决定的。可
2、分为： 绝对专一性：有些酶只作用于一种底物，催化一个反应， 而不作用于任何其它物质。 相对专一性：这类酶对结构相近的一类底物都有作用。包括键专一性和簇（基团）专一性。 立体异构专一性：这类酶不能辨别底物不同的立体异构体，只对其中的某一种构型起作用，而不催化其他异构体。包括旋光异构专一性和几何异构专一性。n易变敏感性：易受各种因素的影响，在活细胞内受到精密严格的调节控制。生物化学-酶催化作用的特点课件二、酶的化学本质及结构功能特点1.发展史(1)酶是蛋白质: 1926年,James Summer由刀豆制出脲酶结晶确立酶是蛋白质的观念，其具有蛋白质的一切性质。(2)核酶的发现： 19811982年
3、，Thomas R.Cech实验发现有催化活性的天然RNARibozyme。 L19 RNA和核糖核酸酶P的RNA组分具有酶活性是两个最著名的例子。 1955年，发现DNA的催化活性。(3)抗体酶（abzyme）： 1986年，Richard Lerrur和Peter Schaltz运用单克隆抗体技术制备了具有酶活性的抗体（catalytic antibody）。二、酶的化学本质及结构功能特点1.发展史酶单成份酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶等。双成份酶酶蛋白辅因子（简单蛋白质）（结合蛋白质）（apoenzyme）（cofacter)辅酶（coenzyme)辅基(prosthetic gr
4、oup)全酶(holoenzyme）= 酶蛋白 + 辅因子2.酶的组成酶单成份酶：脲酶、蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶等。双成份酶酶蛋3.酶的辅因子n 酶的辅因子是酶的对热稳定的非蛋白小分子物质部分，其主要作用是作为电子、原子或某些基团的载体参与反应并促进整个催化过程。(1)传递电子体：如 卟啉铁卟啉铁、铁硫簇铁硫簇；(2)传递氢（递氢体）：如 FMN/FAD、NAD/NADP、C0Q、硫辛酸硫辛酸；(3)传递酰基体：如 C0A、TPP、硫辛酸硫辛酸；(4)传递一碳基团：如 四氢叶酸四氢叶酸；(5)传递磷酸基：如 ATP，GTP；(6)其它作用： 转氨基，如 VB6 ；传递CO2，如 生物素生物素
5、。3.酶的辅因子n维生素和辅酶n维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类小分子有机物质。n多数维生素维生素作为辅酶和辅基的组成成分，参与体内的物质代谢。n维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。其中脂溶性维生素在体内可直接参与代谢的调节作用，而水溶性维生素是通过转变成辅酶对代谢起调节作用。n某些小分子有机化合物与酶蛋白结合在一起并协同实施催化作用，这类分子被称为辅酶（或辅基）。n辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。n大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。维生素和辅酶I.脂溶性维生素n维生
6、素A,D,E,K均溶于脂类溶剂，不溶于水，在食物中通常与脂肪一起存在，吸收它们，需要脂肪和胆汁酸。维生素An维生素A分A1, A2两种，是不饱和一元醇类。维生素A1又称为视黄醇，A2称为脱氢视黄醇。n主要功能：维持上皮组织健康及正常视觉，促进年幼动物的正常生长。脂溶性维生素维生素Dn维生素D是固醇类化合物，主要有D2,D3, D4, D5。其中D2,D3活性最高。维生素Dn维生素D的结构n在生物体内，D2和D3本身不具有生物活性。它们在肝脏和肾脏中进行羟化后，形成1，25-二羟基维生素D。其中1，25-二羟基维生素D3是生物活性最强的。n主要功能：调节钙、磷代谢，维持血液中钙、磷浓度正常，促使
7、骨骼正常发育。维生素D的结构维生素En维生素E又叫做生育酚，目前发现的有6种，其中，四种有生理活性。n主要功能：具有抗氧化剂的功能，可作为食品添加剂使用，还可保护细胞膜的完整性；同时还有抗不育的作用。维生素E维生素Kn维生素K有3种：K1,K2,K3。其中K3是人工合成的。维生素K是2-甲基萘醌的衍生物。n主要功能：促进肝脏合成凝血酶原，促进血液的凝固。维生素KII.水溶性维生素维生素B1和羧化辅酶n维生素B1又称硫胺素，在体内以焦磷酸硫胺素(TPP)形式存在。缺乏时表现出多发性神经炎、皮肤麻木、心力衰竭、四肢无力、下肢水肿。水溶性维生素n焦磷酸硫胺素(TPP)是脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸或酮戊
8、二酸的氧化脱羧反应，所以又称为羧化辅酶。焦磷酸硫胺素(TPP)是脱羧酶的辅酶，催化丙酮酸或酮戊二维生素B2和黄素辅酶n维生素B2又称核黄素，由核糖醇和6，7-二甲基异咯嗪两部分组成。n缺乏时组织呼吸减弱，代谢强度降低。主要症状为口腔发炎，舌炎、角膜炎、皮炎等。维生素B2和黄素辅酶nFAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)是核黄素(维生素B2)的衍生物。它们在脱氢酶催化的氧化-还原反应中，起着电子和质子的传递体作用。FAD(黄素-腺嘌呤二核苷酸)和FMN(黄素单核苷酸)是核黄泛酸和辅酶A（CoA）n维生素B3又称泛酸，是由,-二羟基-二甲基丁酸和一分子-丙氨酸缩合而成。泛酸和辅酶A
9、（CoA）n辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是含泛酸的复合核苷酸。它的重要生理功能是传递酰基，是形成代谢中间产物的重要辅酶。辅酶A是生物体内代谢反应中乙酰化酶的辅酶，它是含泛酸的复合核维生素PP和辅酶I、辅酶II n维生素PP包括尼克酸（又称烟酸）和尼克酰胺（又称烟酰胺）两种物质。在体内主要以尼克酰胺形式存在，尼克酸是尼克酰胺的前体。尼克酸尼克酸尼克酰胺尼克酰胺维生素PP和辅酶I、辅酶II 尼克酸尼克酰胺n维生素PP能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出现皮炎。nNAD+ (烟酰胺-腺嘌呤二核苷酸，又称为辅酶I) 和NADP+(烟酰胺-腺嘌呤磷酸二核苷酸,又称为辅酶II
10、 )是维生素烟酰胺的衍生物，它们是多种重要脱氢酶的辅酶。维生素PP能维持神经组织的健康。缺乏时表现出神经营养障碍，出维生素B6和磷酸吡哆醛n维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺。n维生素B6在体内经磷酸化作用转化为相应的磷酸脂，参加代谢的主要的是磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺。磷酸吡哆醛是氨基酸转氨作用、脱羧作用和消旋作用的辅酶。维生素B6和磷酸吡哆醛生物素n生物素是B族维生素B7，它是多种羧化酶的辅酶。n生物素的功能是作为CO2的递体，在生物合成中起传递和固定CO2的作用。生物素叶酸和叶酸辅酶n维生素B11又称叶酸，作为辅酶的是叶酸加氢的还原产物四氢叶酸。n四氢叶酸的主要作用是作为一碳基团，如-CH
11、3, -CH2-, -CHO 等的载体，参与多种生物合成过程。叶酸和叶酸辅酶维生素B12和B12辅酶n维生素B12又称为钴胺素。维生素B12分子中与Co+相连的CN基被5-脱氧腺苷所取代，形成维生素B12辅酶。n维生素B12辅酶的主要功能是作为变位酶的辅酶，催化底物分子内基团(主要为甲基)的变位反应。维生素B12和B12辅酶生物化学-酶催化作用的特点课件维生素Cn维生素C能防治坏血病，故又称抗坏血酸。在体内参与氧化还原反应，羟化反应。人体不能合成。维生素C硫辛酸n硫辛酸是少数不属于维生素的辅酶。硫辛酸是6,8-二硫辛酸，有两种形式：即硫辛酸（氧化型）和二氢硫辛酸（还原型）。硫辛酸11.辅酶Q（
12、CoQ）n辅酶Q又称为泛醌，广泛存在与动物和细菌的线粒体中。n辅酶Q的活性部分是它的醌环结构，主要功能是作为线粒体呼吸链氧化-还原酶的辅酶，在酶与底物分子之间传递电子。辅酶Q（CoQ）4.酶结构与功能特点n蛋白质的结构特点： 一级、二级、三级、四级结构 根据结构不同酶可分为：I.单体酶：只有单一的三级结构蛋白质构成。II.寡聚酶：由多个（两个以上）具有三级结构的亚基聚合而成。III.多酶复合体：由几个功能相关的酶嵌合而成的复合体。4.酶结构与功能特点n与催化作用相关的结构特点(1)活性中心：酶分子中直接和底物结合并起催化反应的空间局限（部位）。 结合部位结合部位(Binding (Bindin
13、g site)site)：酶分子中与底：酶分子中与底物结合的部位或区域物结合的部位或区域一般称为结合部位一般称为结合部位。与催化作用相关的结构特点 结合部位(Binding sit生物化学-酶催化作用的特点课件n催化部位(Catalytic site): 酶分子中促使底物发生化学变化的部位称为催化部位。n通常将酶的结合部位和催化部位总称为酶的活性部位或活性中心。n结合部位决定酶的专一性，n催化部位决定酶所催化反应的性质。 生物化学-酶催化作用的特点课件生物化学-酶催化作用的特点课件n调控部位(Regulatory site):酶分子中存在着一些可以与其他分子发生某种程度的结合的部位，从而引起酶
14、分子空间构象的变化，对酶起激活或抑制作用生物化学-酶催化作用的特点课件(2)必须基团：酶表现催化活性不可缺少的基团。n亲核性基团：丝氨酸的羟基，半胱氨酸的巯基和组氨酸的咪唑基。n酸碱性基团：门冬氨酸和谷氨酸的羧基，赖氨酸的氨基，酪氨酸的酚羟基，组氨酸的咪唑基和半胱氨酸的巯基等。亲核性基团酸碱性基团(2)必须基团：酶表现催化活性不可缺少的基团。亲核性基团酸碱(3)酶原和酶原的激活：n酶原：没有活性的酶的前体。n酶原的激活：酶原在一定条件下经适当的物质作用可转变成有活性的酶。酶原转变成酶的过程称为酶原的激活。n本质：酶原的激活实质上是酶活性部位形成或暴露的过程。(4)同功酶：能催化同一化学反应的一
15、类酶。n活性中心相似或相同：催化同一化学反应。n分子结构不同：理化性质和免疫学性质不同。(3)酶原和酶原的激活：三、酶的分类及命名三、酶的分类及命名1. 1. 酶的分类酶的分类(1)(1)氧化氧化- -还原酶还原酶 Oxidoreductase Oxidoreductasen氧化氧化- -还原酶催化氧化还原酶催化氧化- -还原反应。还原反应。n主要包括脱氢酶主要包括脱氢酶(Dehydrogenase)(Dehydrogenase)和氧化酶和氧化酶(Oxidase)(Oxidase)。n如，乳酸如，乳酸(Lactate)(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。三、酶
16、的分类及命名1. 酶的分类(2)(2) 转移酶转移酶 Transferase Transferasen转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，例如， 谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。(2) 转移酶 Transferase(3)(3)水解酶水解酶 Hydrolase Hydrolasen水解酶催化底物的加水分解反应。水解酶催化底物的加水分解反应。n主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。n例如，脂肪酶例如，脂
17、肪酶(Lipase)(Lipase)催化的脂的水解反应催化的脂的水解反应水解酶 Hydrolase(4) 裂解酶裂解酶 Lyase Lyasen 裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或 原子原子形成双键的反应及其逆反应。形成双键的反应及其逆反应。n 主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。n 例如，例如， 延胡索酸水合酶催化的反应。延胡索酸水合酶催化的反应。(4) 裂解酶 Lyase(5) 异构酶异构酶 Isomerase Isomerasen异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内
18、基团或原子的重排过程。分子内基团或原子的重排过程。例如，例如，6-6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。(5) 异构酶 Isomerase(6)(6) 合成酶合成酶 Ligase or Synthetase Ligase or Synthetasen合成酶，又称为连接酶，能够催化合成酶，又称为连接酶，能够催化C-CC-C、C-OC-O、C-N C-N 以及以及C-S C-S 键的形成反应。这类反应必须与键的形成反应。这类反应必须与ATPATP分解分解反应相互偶联。反应相互偶联。 A + B + ATP + H-O-H =A A + B + ATP + H-O-H =A B
19、 + ADP +Pi B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反应例如，丙酮酸羧化酶催化的反应丙酮酸丙酮酸 + + CO2 CO2 草酰乙酸草酰乙酸(6) 合成酶 Ligase or Synthetase(7)(7)核酸酶（催化核酸）核酸酶（催化核酸） Ribozyme Ribozymen核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的核酸酶是唯一的非蛋白酶。它是一类特殊的RNARNA，能够催化，能够催化RNARNA分子中的磷酸酯键的水解及其逆分子中的磷酸酯键的水解及其逆反应。反应。核酸酶（催化核酸） Ribozyme2. 2. 酶的命名酶的命名(1)习惯命名法:1.根据其催化底物来命名；2.根
20、据所催化反应的性质来命名；3.结合上述两个原则来命名；4.有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。2. 酶的命名(1)习惯命名法:(2)国际系统命名法n系统名称包括底物名称、构型、反应性质，最后加一个酶字。例如： 习惯名称:谷丙转氨酶 系统名称:丙氨酸：-酮戊二酸氨基转移酶 酶催化的反应: 谷氨酸谷氨酸 + + 丙酮酸丙酮酸 - -酮戊二酸酮戊二酸 + + 丙氨酸丙氨酸(2)国际系统命名法1.酶催化作用的本质：降低反应活化能2.酶催化作用的中间产（络合）物学说n在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。 E +
21、S = E-S P + En许多实验事实证明了ES复合物的存在。ES复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。四、酶作用的机制四、酶作用的机制1.酶催化作用的本质：降低反应活化能四、酶作用的机制3.酶与底物结合形成中间络合物的方式（理论）(1)锁钥假说(lock and key hypothesis)：n认为整个酶分子的天然构象是具有刚性结构的，酶表面具有特定的形状。酶与底物的结合如同一把钥匙对一把锁一样(2)诱导契合假说（inducedfit hypothesis): n该学说认为酶表面并没有一种与底物互补的固定形状，而只是由于底物的诱导才形成了互补形状.3.酶与底物结合形成中间络合物的方式（理
22、论）4. 使酶具有高效催化的因素(1)临近定向效应：n在酶促反应中，底物分子结合到酶的活性中心，一方面底物在酶活性中心的有效浓度大大增加，有利于提高反应速度；n另一方面，由于活性中心的立体结构和相关基团的诱导和定向作用，使底物分子中参与反应的基团相互接近，并被严格定向定位，使酶促反应具有高效率和专一性特点。(2)“张力”和“形变” ：n底物与酶结合诱导酶的分子构象变化，变化的酶分子又使底物分子的敏感键产生“张力”甚至“形变” ，从而促使酶底物中间产物进入过渡态。4. 使酶具有高效催化的因素(3)酸碱催化：n酸-碱催化可分为狭义的酸-碱催化和广义的酸-碱催化。酶参与的酸-碱催化反应一般都是广义的
23、酸碱催化方式。n广义酸碱催化是指通过质子酸提供部分质子,或是通过质子碱接受部分质子的作用，达到降低反应活化能的过程。n酶活性部位上的某些基团可以作为良好的质子供体或受体对底物进行酸碱催化。nHis 残基的咪唑基是酶的酸碱催化作用中最活泼的一个催化功能团。 广义酸基团广义酸基团 广义碱基团广义碱基团 （质子供体）（质子供体） （质子受体（质子受体）(3)酸碱催化： 广义酸基团 (4)共价催化：n催化剂通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程，称为共价催化。n酶中参与共价催化的基团主要包括 His 的咪唑基，Cys 的硫基，Asp 的羧基，Ser 的羟基等
24、。n某些辅酶，如焦磷酸硫胺素和磷酸吡哆醛等也可以参与共价催化作用。(4)共价催化：1.底物浓度对酶促反应速度影响在酶浓度，pH，温度等条件不变的情况下研究底物浓度和反应速度的关系。如右图所示：n在低底物浓度时, 反应速度与底物浓度成正比，表现为一级反应特征。n当底物浓度达到一定值，几乎所有的酶都与底物结合后，反应速度达到最大值（Vmax），此时再增加底物浓度，反应速度不再增加，表现为零级反应。五、酶促反应的速度及其影响因素五、酶促反应的速度及其影响因素1.底物浓度对酶促反应速度影响五、酶促反应的速度及其影响因素米氏方程n1913年，德国化学家Michaelis和Menten根据中间产物学说对酶
25、促反映的动力学进行研究，推导出了表示整个反应中底物浓度和反应速度关系的著名公式，称为米氏方程。K Km m 米氏常数米氏常数V Vmax max 最大反应速度最大反应速度米氏方程Km 米氏常数 根据中间产物学说，酶促反应分两步进行根据中间产物学说，酶促反应分两步进行: :n米氏方程的推导： 根据中间产物学说，酶促反应分两步进行:米氏方程的推导：生物化学-酶催化作用的特点课件 米氏常数Km的意义: 由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应速度一半时时, ,即即V V = 1/2 = 1/2 V Vmax, max, K Km = Sm = S 上式表示
26、上式表示, ,米氏常数是米氏常数是反应速度为最大值的一半时的反应速度为最大值的一半时的底物浓度底物浓度。 因此因此, ,米氏常数的单位为米氏常数的单位为mol/Lmol/L。 不同的酶具有不同不同的酶具有不同KmKm值，它是酶的一个重要的特征物值，它是酶的一个重要的特征物理常数。理常数。 KmKm值只是在固定的底物，一定的温度和值只是在固定的底物，一定的温度和pHpH条件下，一条件下，一定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的定的缓冲体系中测定的，不同条件下具有不同的KmKm值。值。 KmKm值表示酶与底物之间的值表示酶与底物之间的亲和程度亲和程度：KmKm值大表示亲和值大表示亲和程度小，酶
27、的催化活性低程度小，酶的催化活性低; Km; Km值小表示亲和程度大值小表示亲和程度大, ,酶的催化活性高。酶的催化活性高。 米氏常数Km的意义:由米氏方程可知，当反应速度等于最大反应测定测定KmKm和和V V的方法很多，最常用的是的方法很多，最常用的是LineweaverBurkLineweaverBurk的的作图法作图法 双倒数作图法双倒数作图法。 1 1 K Km 1 1m 1 1 = = + + V V V Vmax S max S V Vmaxmax取米氏方程式的倒数形式：取米氏方程式的倒数形式：1/Vmax斜率斜率=Km/Vmax-1/Kmn米氏常数Km的测定：测定Km和V的方法很
28、多，最常用的是LineweaverBu2.抑制剂对酶反应的影响n有些物质能与酶分子上某些必须基团结合（作用),使酶的活性中心的化学性质发生改变，导致酶活力下降或丧失，这种现象称为酶的抑制作用。n能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂（inhibitor)。 n酶的抑制剂一般具备两个方面的特点：na.在化学结构上与被抑制的底物分子或底物的过渡状态相似。nb.能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合体或结合物。2.抑制剂对酶反应的影响n抑制作用的类型：(1)不可逆抑制作用：n抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合，引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。 抑制作用的
29、类型：(2)可逆抑制作用：n抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。n根椐抑制剂与酶结合的情况，又可以分为三类：I.竞争性抑制：n某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竟争与酶活性中心结合。当抑制剂与活性中心结合后，底物被排斥在反应中心之外，其结果是酶促反应被抑制了。n竟争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。n竞争性抑制可用下式表示：(2)可逆抑制作用：生物化学-酶催化作用的特点课件生物化学-酶催化作用的特点课件生物化学-酶催化作用的特点课件有竞争性抑制剂存在时，有竞争性抑制剂存在时，Km
30、Km值增大值增大(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，倍，且且KmKm值随值随II的增高而增大；的增高而增大；在在EE固定时，当固定时，当S S Km (1+I/Ki), Km Km (1+I/Ki), Km (1+I/Ki)(1+I/Ki)项可忽略不计，则项可忽略不计，则v= Vmaxv= Vmax，即最大，即最大反应速度不变。反应速度不变。n竞争性抑制作用的速度方程：有竞争性抑制剂存在时，Km值增大(1+I/Ki)倍，且Kn竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：II.非竞争性抑制：n酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，
31、并导至酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。n如某些金属离子（Cu2+、Ag+、Hg2+）以及EDTA等，通常能与酶分子的调控部位中的-SH基团作用，改变酶的空间构象，引起非竞争性抑制。n非竟争性抑制不能通过增大底物浓度的方法来消除。n非竞争性抑制可用下式表示：非竞争性抑制：生物化学-酶催化作用的特点课件有非竞争性抑制剂存在时，有非竞争性抑制剂存在时，V V值减小值减小(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，倍，且且V V值随值随II的增高而降低；的增高而降低；KmKm值不变。值不变。n非竞争性抑制作用的速度方程：有非竞争性抑制剂存在时，V值减小(1+I
32、/Ki)倍，且Vn非竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：非竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：有反竞争性抑制剂存在时，有反竞争性抑制剂存在时，KmKm和和V V值均减小值均减小(1+I/Ki)(1+I/Ki)倍，且倍，且都随都随II的增高而降低的增高而降低。III.反竞争性抑制：n酶只有在与底物结合后，才能与抑制剂结合，引起酶活性下降。n反竞争性抑制可用下式表示：n反竞争性抑制作用的速度方程：有反竞争性抑制剂存在时，Km和V值均减小(1+I/Ki)n反竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：反竞争性抑制作用的LineweaverBurk图 ：3.激活剂对酶
33、反应的影响n凡是能提高酶活力的简单化合物都称为激活剂（activator)。其中大部分是一些无机离子和小分子简单有机物。如：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Co2+、Cr2+、Fe2+、Cl-、Br-、I-、CN-、NO3-、PO4-等；n这些离子可与酶分子上的氨基酸侧链基团结合，可能是酶活性部位的组成部分，也可能作为辅酶或辅基的一个组成部分起作用；n一般情况下，一种激活剂对某种酶是激活剂，而对另一种酶则起抑制作用；n对于同一种酶，不同激活剂浓度会产生不同的作用。4.酶浓度对酶反应的影响n在底物足够过量而其它条件固定的情况下，并且反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其他不利
34、于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速度和酶浓度成正比。3.激活剂对酶反应的影响5.温度对酶反应的影响n一方面是温度升高,酶促反应速度加快。n另一方面,温度升高,酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。 n因此大多数酶都有一个最适温度。 在最适温度条件下,反应速度最大。最适温度5.温度对酶反应的影响最适温度6.pH对酶反应的影响n在一定的pH下, 酶具有最大的催化活性,通常称此pH为最适pH。6.pH对酶反应的影响生物化学-酶催化作用的特点课件7.酶的别构（变构）效应：n由于效应物的存在，而引起酶的结构（构象）变化。n别构酶(Allosteric enzyme)的特点：n一般是寡聚酶
35、，由多亚基组成，包括催化部位和调节（别构）部位；n具有别构效应。指酶和一个配体（底物，调节物）结合后可以影响酶和另一个配体（底物）的结合能力。相同（均为底物）：同促效应（相同（均为底物）：同促效应（homotropic effecthomotropic effect）不同（效应调节物）：异促效应不同（效应调节物）：异促效应（heterotropic effectheterotropic effect）根据配体结合根据配体结合后对后继配后对后继配体的影响体的影响根据配体性质根据配体性质正协同效应正协同效应（positive cooperative effectpositive cooperati
36、ve effect）负协同效应负协同效应（negative cooperative effectnegative cooperative effect）动力学特点：不符合米曼方程双曲线。7.酶的别构（变构）效应：相同（均为底物）：同促效应（homn别构酶与非调节酶动力学曲线的比较别构酶与非调节酶动力学曲线的比较n别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase别构酶举例：天冬氨酸转氨甲酰酶，简称ATCase8.固定化酶n固定化酶是通过吸附、耦联、交联和包埋等物理或化学的方法把酶连接到某种载体上，做成仍具有酶催化活性的水不溶性酶。n作用特点：稳定性提高，易分离，可反复使用，提高操作的机械强度。8
37、.固定化酶六、酶的分离纯化与酶活力测定六、酶的分离纯化与酶活力测定1.酶的分离纯化基本原则：提取过程中避免酶变性而失去活性；防止强酸、强碱、高温和剧烈搅拌等；要求在低温下操作，加入的化学试剂不使酶变性，操作中加入缓冲溶液.基本操作程序：a.选材：微生物（微生物发酵物: 胞内酶，胞外酶），动物（动物器脏：消化酶，血液：SOD酶，尿液：尿激酶等）,植物（木瓜蛋白酶，菠萝蛋白酶等）。b.抽提：加入提取液提取。胞内酶先要进行细胞破碎（机械研磨，超声波破碎，反复冻融或自溶等），c.分离：先进行净化处理（过滤，絮凝，离心脱色），再采用沉淀法分离（盐析法，有机溶剂沉淀法，超离心等）。d.纯化：可采用离子交换
38、层析，凝胶过滤，液相色谱，亲和色谱和超滤等方法。六、酶的分离纯化与酶活力测定1.酶的分离纯化酶的制剂形式：a.固体：干燥（冰冻升华，喷雾干燥，真空干燥）b.液体保存：低温下短期保存。2.酶活力的测定概念n酶活力：又称为酶活性，一般把酶催化一定化学反应的能力称为酶活力，通常以在一定条件下酶所催化的化学反应速度来表示。n基本原理:酶是蛋白质，种类多，结构复杂多样，一般对酶的测定，不是直接测定其酶蛋白的浓度，而是测定其催化化学反应的能力，这是基于在最优化条件下，当底物足够（过量），在酶促反应的初始阶段，酶促反应的速度（初速度）与酶的浓度成正比（即V=KE），故酶活力测定的是化学反应速度，一定条件下可
39、代表酶活性分子浓度。酶的制剂形式：酶活力测定I.酶活力测定就是测定一定量的酶，在单位时间内产物(P)的生成（增加）量或底物（S）的消耗（减少）量。即测定时确定三种量：加入一定量的酶；一定时间间隔；物质的增减量。II.测定酶活力常有以下几种方法：n在一个反应体系中，加入一定量的酶液，开始计时反应，经一定时间反应后，终止反应，测定在这一时间间隔内发生的化学反应量（终止时与起始时的浓度差），这时测得的是初速度。n在一定条件下，加入一定量底物（规定），再加入合适量的酶液，测定完成该反应（底物反应完）所需的时间，（非初速度，为一平均速度）。n动态连续测定法。在反应体系中，加入酶，用仪器连续监测整个酶促反
40、应过程中底物的消耗或产物的生成。n快速反应追踪法。近年来，追踪极短时间（10-3s以下）内反应过程的方法和装置已经应用。其代表有停流法（stopped-flow）和温度跃变法（temperature jump）。III.酶反应条件优化：n测酶活所用的反应条件应该是最适条件，所谓最适条件包括最适温度、最适pH、足够大的底物浓度、适宜的离子强度、适当稀释的酶液及严格的反应时间，抑制剂不可有，辅助因子不可缺。酶活力测定IV.酶活力测定方法：n反应计时。反应计时必须准确。反应体系必须预热至规定温度后，加入酶液并立即计时。反应到时，要立即灭酶活性，终止反应，并记录终了时间。终止酶反应，常使酶立刻变性，最
41、常用的方法是加入三氯乙酸或过氯酸使酶蛋白沉淀，也可用SDS使酶变性，或迅速加热使酶变性。有些酶可用非变性法来停止反应或用破坏其辅因子来停止反应 。n反应量的测定。测底物减少量或产物生成量均可。在反应过程中产物是从无到有，变化量明显，极利于测定，所以大都测定产物的生成量。 具体物质量的测定，据被测定物质的物理化学性质通过定量分析法测定。常用的方法有：n光谱分析法：酶将产物转变为（直接或间接）一个可用分光光度法或荧光光度法测出的化合物。n化学法：利用化学反应使产物变成一个可用某种物理方法测出的化合物，然后再反过来算出酶的活性。 n放射性化学法：用同位素标记的底物，经酶作用后生成含放射性的产物，在一
42、定时间内，生成的放射性产物量与酶活性成正比。 酶活力测定方法：3.酶活力的表示方法及计算I.酶活力单位n酶活力可用单位时间内单位体积中底物的减少量或产物的增加量表示，单位为mol/min等。n酶活力单位的基本定义为：规定条件（最适条件）下一定时间内催化完成一定化学反应量所需的酶量。n据不同情况有几种酶活力单位（activity unit）或又称酶单位（enzyme unit）。a.国际单位：n一般用活力单位U（Unit）表示，许多酶活力单位都是以最佳条件或某一固定条件下每分钟催化生成1mol产物所需要的酶量为一个酶活力单位。3.酶活力的表示方法及计算n一个“Katal”单位是指在一定条件下1秒
43、钟内转化1mol底物所需的酶量。nKat和U的换算关系：1 Kat=6107U，1U=16067n Katn以上的酶单位定义中，如果底物（S）有一个以上可被作用的化学键，则一个酶单位表示1分钟使1mol有关基团转化的酶量。如果是两个相同的分子参加反应，则每分钟催化2mol底物转化的酶量称为一个酶单位。n在“U”和“kat”酶活力单位的定义和应用中，酶催化底物的分子量必须是已知的，否则将无法计算。 b.习惯单位： 在实际使用中，结果测定和应用都比较方便、直观，规定的酶活力单位，不同酶有各自的规定，如：-淀粉酶活力单位：每小时分解1g可溶性淀粉的酶量为一个酶单位。（QB546-80），也有规定每小
44、时分解1mL2%可溶性淀粉溶液为无色糊精的酶量为一个酶单位。显然后者比前一个单位小。糖化酶活力单位：在规定条件下，每小时转化可溶性淀粉产生1mg还原糖（以葡萄糖计）所需的酶量为一个酶单位。蛋白酶：规定条件下，每分钟分解底物酪蛋白产生1g酪氨酸所需的酶量。DNA限制性内切酶：推荐反应条件下，一小时内可完全消化1g纯化的DNA所需的酶量。一个“Katal”单位是指在一定条件下1秒钟内转化1mol底II.比活力（specific activity）n酶的比活力是每单位（一般是mg）蛋白质中的酶活力单位数（如：酶单位/mg蛋白），实际应用中也用每单位制剂中含有的酶活力数表示（如：酶单位/mL（液体制剂
45、），酶单位/g（固体制剂），对同一种酶来讲，比活力愈高则表示酶的纯度越高（含杂质越少），所以比活力是评价酶纯度高低的一个指标。n在评价纯化酶的纯化操作中，还有一个概念就是回收率。 回收率=某纯化操作后的总活力/某纯化操作前的总活力 总活力=比活力总体积（总重量）III.酶活力计算及计算举例n酶活力计算是将实验中所用各种参数和所测得的实验数据（反应时间、酶液稀释度和用量、产物生成量等）换算成每毫升（或每克）酶制剂中所含的酶活力单位数。n酶活力测定举例：福林-酚（Lowry）法测定蛋白酶活力。该方法的基本原理是以酪蛋白为底物进行反应，然后用福林-酚试剂显色，并用光度法测定酶促反应产物酪氨酸的生成量
46、。测定在初速度阶段进行，为初速度法。比活力（specific activity）本章小结本章小结一、酶一、酶1.酶的概念2.酶催化作用的特点共性特性：条件温和、高效率、专一性、易变敏感性二、酶的化学本质及结构功能特点二、酶的化学本质及结构功能特点I.酶： 单纯酶 结合酶：全酶 = 酶蛋白 + 辅因子II.酶的辅因子n维生素和辅酶n维生素是机体维持正常生命活动所必不可少的一类小分子有机物质。n维生素一般习惯分为脂溶性和水溶性两大类。n辅酶是一类具有特殊化学结构和功能的化合物。参与的酶促反应主要为氧化-还原反应或基团转移反应。n大多数辅酶的前体主要是水溶性 B 族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶
47、的作用密切相关。本章小结一、酶III.酶结构与功能特点(1)活性中心：结合部位、催化部位、调控部位(2)必须基团(3)酶原和酶原的激活(4)同功酶三、酶的分类及命名三、酶的分类及命名四、酶作用的机制四、酶作用的机制1.酶催化作用的本质：降低反应活化能2.酶催化作用的中间产（络合）物学说 E + S = E-S P + E3.酶与底物结合形成中间络合物的方式：锁钥假说、诱导契合假说4. 使酶具有高效催化的因素n临近定向效应n“张力”和“形变”n酸碱催化n共价催化酶结构与功能特点五、酶促反应的速度及其影响因素五、酶促反应的速度及其影响因素1.底物浓度对酶促反应速度的影响n米氏方程n米氏常数Km的意
48、义:米氏常数是反应速度为最大值的一半时的底物浓度。米氏常数的单位为mol/L。nKm值表示酶与底物之间的亲和程度：Km值大表示亲和程度小，酶的催化活性低; Km值小表示亲和程度大,酶的催化活性高。 五、酶促反应的速度及其影响因素2.抑制剂对酶反应的影响n抑制作用的类型：n不可逆抑制作用n可逆抑制作用a.竞争性抑制b.非竞争性抑制c.反竞争性抑制a ab bc c2.抑制剂对酶反应的影响abc3.激活剂对酶反应的影响：提高酶活力4.酶浓度对酶反应的影响:在一定条件下酶促反应的速度和酶浓度成正比。5.温度对酶反应的影响:最适温度6.pH对酶反应的影响：最适pH7.酶的别构（变构）效应n别构酶的特点
49、：n一般是寡聚酶n具有别构效应n反应速度和底物浓度关系不符合米曼方程双曲线8.固定化酶六、酶的分离纯化与酶活力测定六、酶的分离纯化与酶活力测定1.酶的分离纯化基本原则：提取过程中避免酶变性而失去活性基本操作程序：a.选材b.抽提n分离n纯化n酶的制剂形式与保存3.激活剂对酶反应的影响：提高酶活力2.酶活力的测定I.概念n酶活力：又称为酶活性，一般把酶催化一定化学反应的能力称为酶活力，通常以在一定条件下酶所催化的化学反应速度来表示。II.酶活力测定就是测定一定量的酶，在单位时间内产物(P)的生成（增加）量或底物（S）的消耗（减少）量。即测定时确定三种量：加入一定量的酶；一定时间间隔；物质的增减量
50、。III.测定酶活力常有以下几种方法n初速度法n平均速度法n动态连续测定法n快速反应追踪法n测酶活所用的反应条件应该是最适条件2.酶活力的测定n酶活力测定方法：n反应计时n反应量的测定：根据被测定物质的物理化学性质通过定量 分析法测定。常用的方法有：光谱分析法、化学法和放射性化学法。3.酶活力的表示方法及计算n酶活力单位的基本定义为：规定条件（最适条件）下一定时间内催化完成一定化学反应量所需的酶量。a.国际单位： “U” 和 “Kat”b.习惯单位n比活力：酶的比活力是每单位（一般是mg）蛋白质中的酶活力单位数（如：酶单位/mg蛋白）。n回收率=某纯化操作后的总活力/某纯化操作前的总活力酶活力测定方法：
